Hukkalämpöjen hyödyntäminen kaukolämpöverkossa

Abstract

Napapiirin Energia ja Vesi Oy halusi selvittää Alakorkalon jätevedenpuhdistamon hukkalämmön talteen ottoa puhdistetusta jätevedestä. Tässä diplomityössä tutkittiin hukkalämmön talteenoton toteutusta, mitoitusta ja kannattavuutta, sekä vertailtiin tuotetun lämmön kilpailukykyä kaukolämpöverkon nykyiseen tuotantoon. Lisäksi simuloitiin hukkalämmöstä tuotettavan lämmön vaikutuksia kaukolämpöverkkoon Alakorkalon alueella. Kannattavuuslaskentaa varten, mitoituksen mukaisesta lämpöpumppujärjestelmästä pyydettiin tarjoukset kahdelta lämpöpumppuvalmistajalta. Investointi-, käyttö- ja kunnossapitokustannusten sekä teoreettisen lämmöntuotannon pohjalta, molempien valmistajien järjestelmien kannattavuutta arvioitiin. Kannattavuutta tarkasteltiin takaisinmaksuajan, nettonykyarvon ja suhteellisen nettonykyarvon kannalta. Järjestelmille suoritettiin myös herkkyysanalyysi sähkön muuttuvan hinnan ja sähköveron mahdollisen muutoksen pohjalta.

Molemmat lämpöpumppujärjestelmät todettiin kannattaviksi työssä käytetyllä laskenta-ajalla ja korolla. Kannattavuuden lähtökohtana käytettiin vuoden 2020 sähkön tuntihintoja ja kiinteää lämmön myyntihintaa. Eniten kannattavuuteen vaikutti lämpöpumpuissa käytettävän sähköenergian hinta. Herkkyysanalyysin ja kannattavuuslaskennan perusteella määritettiin raja-arvo sähköenergian hinnalle. Raja-arvon jälkeen investointien nettonykyarvo muuttuu negatiiviseksi ja investoinnit kannattamattomiksi. Tuotetun lämmön hinta todettiin kilpailukykyiseksi fossiilisiin polttoaineisiin verrattaessa. Jotta turpeen ja puupolttoaineiden kanssa pystyttäisiin kilpailemaan, tulisi sähköenergian hinta olla matala tai sähköveron muutoksen astua voimaan. Hukkalämmöstä tuotetun kaukolämmön vaikutukset Alakorkalon kaukolämpöverkkoon olivat huomattavat kovilla pakkasilla. Tällöin lämpöpumppujärjestelmän lämpötilaa ei saatu nostettua muun verkon tasolle, joten lämpötilatasot laskivat alueella.

Napapiirin Energia ja Vesi Oy wanted to find out the viability of waste heat recovery from the Alakorkalo wastewater treatment plant’s treated wastewater. In this thesis, the implementation, dimensioning, and profitability of waste heat recovery were studied. The competitiveness of the produced heat was compared to the current production in the district heating network. Also, the effects of heat production from the waste heat were assessed in the Alakorkalo area network. For the calculation of profitability, heat pump system offers were asked from two manufacturers. Based on investment, operating costs, and maintenance costs as well as theoretical heat production, the profitability of the systems from both manufacturers were assessed. Profitability was examined in terms of payback period, net present value, and profitability index. The systems were also subjected to a sensitivity analysis based on the changing price of electricity and a possible change in the electricity tax.

Both heat pump systems were found to be profitable with the calculation time and interest rate used in the thesis. The starting point for profitability calculation was the 2020 hourly electricity prices and the set price of heat sold. The price of electricity used in heat pumps had the greatest impact on the profitability. Based on the sensitivity analysis and profitability calculation, a limit value was determined for the price of electricity. After the price limit is exceeded, the net present value of the investments becomes negative, and the investments become unprofitable. The price of heat produced was found to be competitive compared to fossil fuels. To be able to compete with peat and wood fuels, the price of electricity should be low or the change in the electricity tax should take effect. The effects of district heat generated from the waste heat on Alakorkalo's district heating network were significant during severe frosts. In this case, the temperature of the heat pump system could not be raised to the level of the rest of the network. This led to a temperature decrease in the area’s network.